(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材同士を突合せ、その突合せ端を、３本又は４本の複数の電極を用いて溶接する多電極サブマージアーク溶接方法であって、
前記複数の電極の総数をＮとし、溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）で、前記複数の電極を下向き姿勢として、前記突合せ端における開先角度が２θ（°）、開先深さがｄ（ｍｍ）とされた鋼材を溶接するにあたり、前記複数の電極の総数Ｎが３の場合には、溶接進行方向において最も先行する第１の電極を固定とし、該第１の電極に次いで配置される第２の電極の先端部を下記（１）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）でウィービングさせるとともに、前記第２の電極に次いで配置される第３の電極を固定とし、
前記複数の電極の総数Ｎが４の場合には、前記第１の電極を固定とし、前記第２の電極の先端部を下記（１）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）でウィービングさせるとともに、溶接進行方向において前記第２の電極に次いで配置される第３の電極の先端部を下記（２）式で表される振幅ｗ２（ｍｍ）でウィービングさせ、前記第３の電極に次いで配置される第４の電極を固定とし、
前記第２の電極、並びに、前記第３の電極をウィービングさせる際、下記（３）式で表される周波数ｆ（Ｈｚ）で、溶接線と交差する方向にウィービングさせつつ溶接することを特徴とする、溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
（ｄ×１／Ｎ×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／Ｎ×ｔａｎθ）  ・・・（１）
（ｄ×２／Ｎ×ｔａｎθ）／２≦ｗ２（ｍｍ）≦（ｄ×２／Ｎ×ｔａｎθ）  ・・・（２）
０．６≦ｆ（Ｈｚ）／ｖ（ｍ／ｍｉｎ）                                ・・・（３）
｛但し、上記（１）〜（３）式において、ｄ：開先深さ（ｍｍ）、Ｎ：電極の総数、θ：開先角度／２、Ｗ１：第２の電極の先端部の振幅（ｍｍ）、Ｗ２：第３の電極の先端部の振幅（ｍｍ）、ｆ：周波数（Ｈｚ）、ｖ：溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）である。｝
【請求項２】
前記溶接速度ｖが、０．１〜２．５（ｍ／ｍｉｎ）の範囲であるとともに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であり、前記第２の電極と前記第３の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であり、さらに、前記複数の電極の総数Ｎが４の場合には、前記第３の電極と前記第４の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
【請求項３】
前記第１の電極に印加する溶接電流をＩ１（Ａ）とし、前記第２の電極に印加する溶接電流をＩ２（Ａ）とし、前記第３の電極に印加する溶接電流をＩ３（Ａ）とした際、各溶接電流Ｉ１〜Ｉ３の関係が下記（４）〜（６）式を同時に満足し、さらに、前記複数の電極の総数Ｎが４の場合に、前記第４の電極に印加する溶接電流をＩ４（Ａ）とした際、各溶接電流Ｉ１〜Ｉ４の関係が下記（４）〜（７）式を同時に満足することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
５００  ≦  Ｉ１  ≦２０００    ・・・・・・・・（４）
１／２×Ｉ１  ≦  Ｉ２  ≦  Ｉ１  ・・・・・・・・（５）
１／３×Ｉ１  ≦  Ｉ３  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（６）
１／４×Ｉ１  ≦  Ｉ４  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（７）
｛但し、上記（４）〜（７）式において、Ｉ１：第１の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ２：第２の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ３：第３の電極に印加する溶接電流(Ａ)、Ｉ４：第４の電極に印加する溶接電流（Ａ）である。｝
【請求項４】
鋼材同士を突合せ、その突合せ端を、電極の総数Ｎが４とされた複数の電極を用いて溶接する多電極サブマージアーク溶接方法であって、
溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）で、前記複数の電極を下向き姿勢として、前記突合せ端における開先角度が２θ（°）、開先深さｄが５〜２２ｍｍの範囲とされた鋼材を溶接する場合に、溶接進行方向において最も先行する第１の電極に次いで配置される第２の電極の先端部を下記（８）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）とし、下記（３）式で表される周波数ｆ（Ｈｚ）で、溶接線と交差する方向にウィービングさせつつ溶接するとともに、溶接進行方向において前記第２の電極に次いで配置される第３の電極をウィービングさせずに固定電極とすることを特徴とする、溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
０．６≦ｆ（Ｈｚ）／ｖ（ｍ／ｍｉｎ）                                ・・・（３）
（ｄ×１／４×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／４×ｔａｎθ）  ・・・（８）
｛但し、上記（３）、（８）式において、ｆ：周波数（Ｈｚ）、ｖ：溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）、ｄ：開先深さ（ｍｍ）、θ：開先角度／２、Ｗ１：第２の電極の先端部の振幅（ｍｍ）である。｝
【請求項５】
前記溶接速度ｖが、０．１〜２．５（ｍ／ｍｉｎ）の範囲であるとともに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であり、前記第２の電極と前記第３の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であり、さらに、前記第３の電極と前記第４の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であることを特徴とする、請求項４に記載の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
【請求項６】
前記第１の電極に印加する溶接電流をＩ１（Ａ）とし、前記第２の電極に印加する溶接電流をＩ２（Ａ）とし、前記第３の電極に印加する溶接電流をＩ３（Ａ）とし、さらに、前記第４の電極に印加する溶接電流をＩ４（Ａ）とした際、各溶接電流Ｉ１〜Ｉ４の関係が、下記（４）〜（７）式を同時に満足することを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
５００  ≦  Ｉ１  ≦２０００    ・・・・・・・・（４）
１／２×Ｉ１  ≦  Ｉ２  ≦  Ｉ１  ・・・・・・・・（５）
１／３×Ｉ１  ≦  Ｉ３  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（６）
１／４×Ｉ１  ≦  Ｉ４  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（７）
｛但し、上記（４）〜（７）式において、Ｉ１：第１の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ２：第２の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ３：第３の電極に印加する溶接電流(Ａ)、Ｉ４：第４の電極に印加する溶接電流（Ａ）である。｝
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多電極サブマージアーク溶接方法に関するものであり、特に、鋼管や大型構造物等に用いられる厚鋼板を複数の電極を用いて溶接する、溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、船舶等を建造する際や、建築物に用いられ、厚鋼板を組み合わせて溶接して得られるボックス状の鋼柱材を製造する際には、板継溶接の手段として、サブマージアーク溶接法を用いた片面溶接が好適に用いられている。サブマージアーク溶接法によれば、フラックス中にアークが潜って溶接が進行してゆく方法なので、通常、２００〜６００Ａ程度の溶接電流で行われるガスシールドアーク溶接等に比べ、２０００Ａ程度の大電流を通電した場合でも、フラックスの作用でアークを安定に保つことができる。従って、溶接ワイヤの溶融速度を大きくできることから高能率の溶接が可能となり、また、溶融金属がスラグに覆われて凝固するので、良好な溶接ビードが得られる。
【０００３】
また、近年、タンカーや豪華船舶の大型化が顕著であるとともに、建築物の高層化や大型化によってボックス状の鋼柱材が多用されるようになっている。このため、厚鋼板をサブマージアーク溶接する際の生産性や溶接性の向上、並びに、溶接強度を確保することが、より一層重要になってきている。
【０００４】
これまで、サブマージアーク溶接については様々な研究がなされており、例えば、造船や橋梁建造の際、板継溶接時に電極を揺動させることにより、厚鋼板を大入熱で溶接した場合でも、熱影響部が微細組織となって靱性を改善することが可能な方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
また、溶接電流等の各溶接条件を適性化するとともに、上記同様、電極を揺動（ウィービング）させながらサブマージアーク溶接することにより、溶接ビードを、高温割れを抑制することが可能な形状とする方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に記載の方法は、単電極でサブマージアーク溶接を行う方法なので、厚鋼板を溶接するにあたって１パス溶接を適用できない場合には、多パスによる本溶接を行う必要がある。このため、工程が複雑になるとともに、工程時間が増大し、生産性が低下するという問題がある。
【０００６】
上述のような問題に対し、厚鋼板を溶接するサブマージアーク溶接において、複数の電極を備える多電極サブマージアーク溶接を採用するとともに、各溶接条件を適性化することで１パス溶接を可能とし、溶接速度をさらに向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。しかしながら、特許文献３に記載のサブマージアーク溶接方法では、生産性は向上するものの、上述したような、溶接ビードに高温割れが生じるという問題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭６０−５９０７２号公報
【特許文献２】特開平９−９４６５９号公報
【特許文献３】特開２００１−１２１２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、例えば、特許文献３に記載の多電極サブマージアーク溶接方法において、特許文献１、２に記載のような、電極を揺動させる手段を採用することも考えられる。しかしながら、本発明者等が鋭意研究したところ、例え、特許文献１、２に記載の条件で複数の電極を揺動させながらサブマージアーク溶接を行ったとしても、溶接金属内（溶接ビード内）に高温割れが生じることが明らかとなった。以下、図８の模式図を参照しながら、溶接金属内に割れが生じるメカニズムについて説明する。
【０００９】
図８に示すように、一般に、多電極又は単電極によるサブマージアーク溶接で厚鋼板１００の開先１０２を溶接した場合、詳細な図示を省略するが、溶融金属１０３が凝固を完了する直前に、溶接金属１０３の中心部付近において、溶接金属１０３の柱状晶の境界に、不純物等を含む低融点で且つ溶融状態の溶接金属が残留していく。同時に、既に凝固した溶接金属１０３においては、降温する過程で収縮ひずみが発生する。このような収縮ひずみに抗しきれずに、柱状晶の境界が開口する現象が高温割れであり、溶接部１３０の溶接金属１３１内において、高温割れ１５０が欠陥として発生する場合がある。
【００１０】
一方、厚鋼板の多電極によるサブマージアーク溶接を行う場合、溶接方向と直角の方向の溶接金属断面（横断面）において、溶接金属の溶け込み深さに対する溶接金属の横幅方向の長さが小さくなる。このため、上述したような、溶融金属１０３が凝固する際の、溶接金属１３１の中心部付近への低融点の不純物の集合が多くなり、高温割れ１５０の欠陥が発生し易くなるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、鋼管や大型構造物等に用いられる厚鋼板を複数の電極を用いてサブマージアーク溶接する場合であっても、溶接部に高温割れ欠陥が発生するのを抑制できるとともに、高い生産性を備える、溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等が上記問題を解決するために鋭意研究したところ、多電極サブマージアーク溶接において電極を揺動させながら厚鋼板の溶接を行うにあたり、溶接方向で複数配置される各電極の振幅や溶接速度、振幅周波数等を適正範囲とすることにより、従来の方法で溶接した場合に比べて、深さ方向の溶け込み線（フュージョンライン：ＦＬ）の中央部が凹まないようにし、かつ溶接金属の断面における最終凝固位置がビード表面となるように、溶接金属断面における深さ方向に対する幅が、深さ方向の下側から徐々に広がるようなフュージョンラインの形状とすることができることを知見した。そして、このような条件で溶接金属を形成させることにより、溶融金属中に含まれる低融点の不純物が集中するのを抑制でき、凝固後の溶接金属に高温割れ欠陥が生じるのを防止できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１３】
［１］  鋼材同士を突合せ、その突合せ端を、３本又は４本の複数の電極を用いて溶接する多電極サブマージアーク溶接方法であって、前記複数の電極の総数をＮとし、溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）で、前記複数の電極を下向き姿勢として、前記突合せ端における開先角度が２θ（°）、開先深さがｄ（ｍｍ）とされた鋼材を溶接するにあたり、前記複数の電極の総数Ｎが３の場合には、溶接進行方向において最も先行する第１の電極を固定とし、該第１の電極に次いで配置される第２の電極の先端部を下記（１）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）でウィービングさせるとともに、前記第２の電極に次いで配置される第３の電極を固定とし、前記複数の電極の総数Ｎが４の場合には、前記第１の電極を固定とし、前記第２の電極の先端部を下記（１）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）でウィービングさせるとともに、溶接進行方向において前記第２の電極に次いで配置される第３の電極の先端部を下記（２）式で表される振幅ｗ２（ｍｍ）でウィービングさせ、前記第３の電極に次いで配置される第４の電極を固定とし、前記第２の電極、並びに、前記第３の電極をウィービングさせる際、下記（３）式で表される周波数ｆ（Ｈｚ）で、溶接線と交差する方向にウィービングさせつつ溶接することを特徴とする、溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
（ｄ×１／Ｎ×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／Ｎ×ｔａｎθ）  ・・・（１）
（ｄ×２／Ｎ×ｔａｎθ）／２≦ｗ２（ｍｍ）≦（ｄ×２／Ｎ×ｔａｎθ）  ・・・（２）
０．６≦ｆ（Ｈｚ）／ｖ（ｍ／ｍｉｎ）                                ・・・（３）
｛但し、上記（１）〜（３）式において、ｄ：開先深さ（ｍｍ）、Ｎ：電極の総数、θ：開先角度／２、Ｗ１：第２の電極の先端部の振幅（ｍｍ）、Ｗ２：第３の電極の先端部の振幅（ｍｍ）、ｆ：周波数（Ｈｚ）、ｖ：溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）である。｝
【００１４】
［２］  前記溶接速度ｖが、０．１〜２．５（ｍ／ｍｉｎ）の範囲であるとともに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であり、前記第２の電極と前記第３の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であり、さらに、前記複数の電極の総数Ｎが４の場合には、前記第３の電極と前記第４の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であることを特徴とする、上記［１］に記載の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
［３］  前記第１の電極に印加する溶接電流をＩ１（Ａ）とし、前記第２の電極に印加する溶接電流をＩ２（Ａ）とし、前記第３の電極に印加する溶接電流をＩ３（Ａ）とした際、各溶接電流Ｉ１〜Ｉ３の関係が下記（４）〜（６）式を同時に満足し、さらに、前記複数の電極の総数Ｎが４の場合に、前記第４の電極に印加する溶接電流をＩ４（Ａ）とした際、各溶接電流Ｉ１〜Ｉ４の関係が下記（４）〜（７）式を同時に満足することを特徴とする、上記［１］又は［２］に記載の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
５００  ≦  Ｉ１  ≦２０００    ・・・・・・・・（４）
１／２×Ｉ１  ≦  Ｉ２  ≦  Ｉ１  ・・・・・・・・（５）
１／３×Ｉ１  ≦  Ｉ３  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（６）
１／４×Ｉ１  ≦  Ｉ４  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（７）
｛但し、上記（４）〜（７）式において、Ｉ１：第１の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ２：第２の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ３：第３の電極に印加する溶接電流(Ａ)、Ｉ４：第４の電極に印加する溶接電流（Ａ）である。｝
【００１５】
［４］  鋼材同士を突合せ、その突合せ端を、電極の総数Ｎが４とされた複数の電極を用いて溶接する多電極サブマージアーク溶接方法であって、
溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）で、前記複数の電極を下向き姿勢として、前記突合せ端における開先角度が２θ（°）、開先深さｄが５〜２２ｍｍの範囲とされた鋼材を溶接する場合に、溶接進行方向において最も先行する第１の電極に次いで配置される第２の電極の先端部を下記（８）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）とし、下記（３）式で表される周波数ｆ（Ｈｚ）で、溶接線と交差する方向にウィービングさせつつ溶接するとともに、溶接進行方向において前記第２の電極に次いで配置される第３の電極をウィービングさせずに固定電極とすることを特徴とする、溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
０．６≦ｆ（Ｈｚ）／ｖ（ｍ／ｍｉｎ）                                ・・・（３）
（ｄ×１／４×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／４×ｔａｎθ）  ・・・（８）
｛但し、上記（３）、（８）式において、ｆ：周波数（Ｈｚ）、ｖ：溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）、ｄ：開先深さ（ｍｍ）、θ：開先角度／２、Ｗ１：第２の電極の先端部の振幅（ｍｍ）である。｝
【００１６】
［５］  前記溶接速度ｖが、０．１〜２．５（ｍ／ｍｉｎ）の範囲であるとともに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であり、前記第２の電極と前記第３の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であり、さらに、前記第３の電極と前記第４の電極との間の中心間距離が１０〜５０（ｍｍ）の範囲であることを特徴とする、上記［４］に記載の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
［６］  前記第１の電極に印加する溶接電流をＩ１（Ａ）とし、前記第２の電極に印加する溶接電流をＩ２（Ａ）とし、前記第３の電極に印加する溶接電流をＩ３（Ａ）とし、さらに、前記第４の電極に印加する溶接電流をＩ４（Ａ）とした際、各溶接電流Ｉ１〜Ｉ４の関係が、下記（４）〜（７）式を同時に満足することを特徴とする、上記［４］又は［５］に記載の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法。
５００  ≦  Ｉ１  ≦２０００    ・・・・・・・・（４）
１／２×Ｉ１  ≦  Ｉ２  ≦  Ｉ１  ・・・・・・・・（５）
１／３×Ｉ１  ≦  Ｉ３  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（６）
１／４×Ｉ１  ≦  Ｉ４  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（７）
｛但し、上記（４）〜（７）式において、Ｉ１：第１の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ２：第２の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ３：第３の電極に印加する溶接電流(Ａ)、Ｉ４：第４の電極に印加する溶接電流（Ａ）である。｝
【発明の効果】
【００１７】
本発明の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法によれば、上述の如く、複数の電極の少なくとも一部を揺動させながらサブマージアーク溶接するにあたり、開先形状、電極の総数、溶接速度、各電極の振幅及び周波数の各条件を上記関係に規定することにより、溶接部（溶接金属）に高温割れの欠陥が生じるのを抑制でき、且つ、優れた溶接性で鋼材間を溶接することができる。従って、例えば、船舶建造時の板継溶接や、建築物に用いられるブロック状鋼柱材、橋梁構造物等の他、鋼管等の製造工程において本発明を適用することにより、溶接品質や生産性の向上等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施形態を模式的に説明する図であり、複数の電極をウィービングさせながら厚鋼板をサブマージアーク溶接する工程を示す概略図である。
【図２】本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施形態を模式的に説明する図であり、図１に示す工程における電極の先端部の動作を示す平面図である。
【図３】本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施形態を模式的に説明する図であり、溶接後の溶接部を示す断面図である。
【図４】本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施形態を模式的に説明する図であり、
【図５】本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施形態を模式的に説明する図であり、厚鋼板の突合せ端における開先形状と、各電極のアーク発生点との関係を示す断面図である。
【図６】本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施形態を模式的に説明する図であり、厚鋼板の突合せ端における開先形状と、各電極のアーク発生点との関係を示す断面図である。
【図７】本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施形態を模式的に説明する図であり、厚鋼板の突合せ端における開先形状と、各電極のアーク発生点との関係を示す断面図である。
【図８】従来の多電極サブマージアーク溶接方法で得られる溶接部の欠陥を説明する模式断面図である。
【図９】従来の多電極サブマージアーク溶接方法を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施の形態について、主に図１〜図７を参照しながら説明する（図８、９も適宜参照）。なお、本実施形態は、本発明の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。
【００２０】
上述したように、本発明者等は、多電極サブマージアーク溶接において電極を揺動させながら鋼材（厚鋼板）を溶接するにあたり、溶接金属に高温割れ欠陥が発生する問題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、鋼材の突合せ端における開先形状、溶接方向で複数配置される電極の総数、溶接速度、各電極の振幅及び周波数の各条件を適正範囲とすることにより、従来の方法で溶接した場合に比べ、深さ方向の溶け込み線（フュージョンライン：ＦＬ）の中央部が凹まないようにし、かつ溶接金属の断面における最終凝固位置がビード表面となるように、溶接金属断面における深さ方向に対する幅が、深さ方向の下側から徐々に広がるようなフュージョンラインの形状とすることができることが明らかとなった。そして、このような条件で溶接金属を形成させることにより、溶融金属中に含まれる低融点の不純物が一部に集中するのを抑制でき、凝固後の溶接部（溶接金属）に高温割れの欠陥が生じるのを抑制できることが判った。本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、その技術思想は、以下に説明する各実施形態によって示されるものである。
【００２１】
本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法（以下、単に多電極サブマージアーク溶接方法あるいは溶接方法と略称することがある）は、鋼材からなる厚鋼板１同士を突合せ、その突合せ端１ａを、３本又は４本の複数の電極５を用いて溶接する方法であり、上記した複数の電極の総数をＮとし、溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）で、複数の電極を下向き姿勢として、突合せ端１ａにおける開先２の角度が２θ（°）、開先２の深さがｄ（ｍｍ）とされた厚鋼板１を溶接するにあたり、複数の電極５の総数Ｎが３の場合には、溶接進行方向において最も先行する第１の電極５１を固定とし、この第１の電極５１に次いで配置される第２の電極５２の先端部５２ａを下記（１）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）でウィービングさせるとともに、第２の電極５２に次いで配置される第３の電極５３を固定とし、複数の電極５の総数Ｎが４の場合には、第１の電極５１を固定とし、第２の電極５２の先端部５２ａを下記（１）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）でウィービングさせるとともに、溶接進行方向において第２の電極５２に次いで配置される第３の電極５３の先端部５３ａを下記（２）式で表される振幅ｗ２（ｍｍ）でウィービングさせ、第３の電極５３に次いで配置される第４の電極５４を固定とし、第２の電極５２、並びに、第３の電極５３をウィービングさせる際、下記（３）式で表される周波数ｆ（Ｈｚ）で、溶接線と交差する方向にウィービングさせつつ溶接する方法である。
（ｄ×１／Ｎ×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／Ｎ×ｔａｎθ）  ・・・（１）
（ｄ×２／Ｎ×ｔａｎθ）／２≦ｗ２（ｍｍ）≦（ｄ×２／Ｎ×ｔａｎθ）  ・・・（２）
０．６≦ｆ（Ｈｚ）／ｖ（ｍ／ｍｉｎ）                                ・・・（３）
但し、上記（１）〜（３）式において、ｆ：ウィービングの周波数（Ｈｚ）、ｖ：溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）、ｄ：開先２の深さ（ｍｍ）、Ｎ：電極５の総数、θ：開先２の角度／２、Ｗ１：第２の電極５２先端部５２ａの振幅（ｍｍ）、Ｗ２：第３の電極５３の先端部５３ａの振幅（ｍｍ）である。
【００２２】
また、本発明に係る多電極サブマージアーク溶接方法は、電極の総数Ｎが４とされた複数の電極５を用いた場合に、溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）で、複数の電極５を下向き姿勢として、突合せ端１ａにおける開先２の角度が２θ（°）で、開先２の深さｄが５〜２２ｍｍの範囲とされた厚鋼板（鋼材）１を溶接する際、溶接進行方向において最も先行する第１の電極５１に次いで配置される第２の電極５２の先端部５２ａを下記（８）式で表される振幅ｗ１（ｍｍ）とし、上記（３）式で表される周波数ｆ（Ｈｚ）で、溶接線Ｗと交差する方向にウィービングさせつつ溶接するとともに、溶接進行方向において第２の電極５２に次いで配置される第３の電極５３をウィービングさせずに固定電極とする溶接方法とすることができる。
（ｄ×１／４×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／４×ｔａｎθ）  ・・・（８）
但し、上記（８）式において、ｄ：開先深さ（ｍｍ）、θ：開先角度／２、Ｗ１：第２の電極の先端部の振幅（ｍｍ）である。
【００２３】
本発明において用いられる多電極サブマージアーク溶接方法（ＳＡＷ：Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）は、アーク溶接の一種であり、粒状のフラックスと溶接ワイヤを使用する方法であり、且つ、複数の電極を溶接進行方向に配置して溶接を行う方法である。具体的には、溶接部、即ち開先に沿ってフラックスを供給しながら、その中に、複数の電極を用いて溶接ワイヤを供給しながら溶接を行う方法である。一般に、サブマージアーク溶接は、溶接効率や溶接品質に優れ、また、母材への溶け込みが深いものの、スパッタの飛散は少ないというメリットがある。
以下に、発明において規定する多電極サブマージアーク溶接方法の各条件について詳述する。
【００２４】
「鋼材（厚鋼板）」
本発明の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法において被溶接物となる鋼材としては、例えば、船舶や橋梁構造体、建築物の鋼柱材の他、高強度が要求される鋼管等に用いられる、板厚が１２〜１００ｍｍ程度の厚鋼板が挙げられる。
【００２５】
そして、本発明においては、図１等に示すように、厚鋼板１同士を溶接するにあたり、各々の突合せ端１ａにＶ字形状の開先２を設けることにより、厚鋼板１の上面側から多電極サブマージアーク溶接による片側溶接を行うことで、厚鋼板１同士を溶接する。この際、厚鋼板１の突合せ端１ａには、溶接金属３１及び溶接熱影響部３２からなる溶接部（溶接ビード）３が形成される。
【００２６】
本発明において厚鋼板１を多電極サブマージアーク溶接する際は、まず、突合せ端１ａに、図４に示すような片側溶接に適したＶ形状の開先２を形成する。本発明では、図１に示すような開先２の角度２θ（片側の厚鋼板１でθ°：突合せた両側分で２θ°）や、深さｄ等のＶ開先形状については、特に限定されず、厚鋼板１の板厚等を勘案しながら、適宜調整することができる。
【００２７】
「複数の電極の総数：Ｎ」
本発明においては、３本又は４本（複数の電極の総数Ｎ）の、複数の電極５を用いた多電極でのサブマージアーク溶接を行う。このように、複数の電極５を用いるとともに、後述する各溶接条件の範囲内でサブマージアーク溶接を行うことで、板厚の大きな厚鋼板１を溶接する場合であっても、溶け込みが深く、また、溶接速度を高めることができ、生産性及び溶接品質の両方が向上するという効果が得られる。
【００２８】
本発明においては、複数の電極５の総数Ｎと、詳細を後述する電極５（５２、５３）のウィービングとの関係を上記関係とすることにより、図３に示す溶接部３の溶接金属３１において高温割れ（図８の符号１５０を参照）が生じるのを抑制することが可能となる。
【００２９】
図１に示す例のように、本発明においては、複数の電極５の総数Ｎが４である場合には、まず、第１の電極５１をウィービングさせず、固定電極とする。これは、第１の電極５１は、厚鋼板１の開先２をサブマージアーク溶接するにあたって最初に溶接（溶け込み）を行うものなので、溶け込み深さを確保し、安定した溶接プールを作るうえで、固定電極とする必要があるためである。
【００３０】
また、複数の電極５の総数Ｎが４である場合、溶接進行方法で第１の電極５１に次いで配置される第２の電極５２は、上記（１）式で規定される振幅ｗ１（ｍｍ）として、上記（３）式で規定される周波数ｆ（Ｈｚ）でウィービングさせる。
また、溶接進行方法で第２の電極５２に次いで配置される第３の電極５３は、上記（２）式で規定される振幅ｗ２（ｍｍ）として、上記（３）式で規定される周波数ｆ（Ｈｚ）でウィービングさせる。
【００３１】
上述のように、複数の電極５中において中間電極として配置される第２及び第３の電極５２、５３を、溶接線Ｗに直交する方向で、適正条件でウィービングさせることにより、溶け込み幅が確保でき、安定した溶接プールを作りながら溶接することが可能となる。これにより、本発明では、従来、厚鋼板を多電極サブマージアーク溶接する際に溶接金属内で発生していた高温割れの欠陥を、極めて効果的に抑制することが可能となる。
【００３２】
また、図示例のように、複数の電極５の総数Ｎが４である場合には、最後尾となる第４の電極５４はウィービングさせず、固定電極とする。これは、溶接後の溶接金属３１を含む溶接部（溶接ビード）３の形状を安定させるためには、最後尾となる第４の電極５４を固定電極とする必要があるためである。
【００３３】
なお、複数の電極５の総数Ｎを４とし、開先２の深さｄが５〜２２ｍｍの範囲とされた厚鋼板（鋼材）１を溶接する場合には、詳細を後述するが、第３の電極５３を固定電極として多電極サブマージアーク溶接を行うことにより、溶接金属３１内において高温割れが発生するのを効果的に抑制することが可能となる。
【００３４】
「溶接速度：ｖ（ｍ／ｍｉｎ）」
本発明の溶接方法における溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）は、特に制限されず、適宜設定することができるが、０．１〜２．５（ｍ／ｍｉｎ）の範囲とすることが好ましい。本発明のように、複数の電極５を用いて多電極サブマージアーク溶接を行う場合、被溶接物である鋼材のサイズや鋼特性の他、工程設備の生産能力や溶接性を考慮しながら、溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）が決定される。
【００３５】
また、溶接速度ｖを上記範囲とした場合には、溶接プールの干渉等を考慮し、第１の電極５１と第２の電極５２との間の中心間距離を１０〜５０ｍｍの範囲とし、第２の電極５２と第３の電極５３との間の中心間距離を１０〜５０ｍｍの範囲とすることが好ましい。またさらに、複数の電極５の総数Ｎを４とした場合には、第３の電極５３と第４の電極５４との間の中心間距離を１０〜５０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００３６】
「電極がウィービングする周波数：ｆ（Ｈｚ）」
本発明では、上述した溶接速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）と、第２及び第３の電極５２、５３の先端部５２ａ、５３ａを溶接線Ｗ方向と交差する方向にウィービングさせる際の周波数ｆ（Ｈｚ）との関係が、上記（３）式、即ち、次式｛０．６≦ｆ（Ｈｚ）／ｖ（ｍ／ｍｉｎ）｝で規定される。
上記（３）式から明らかなように、溶接速度ｖを大きく設定した場合には、それに伴って、各電極５２、５３がウィービングする周波数ｆも大きく設定する。
【００３７】
図２に、第２の電極５２、あるいは、第３の電極５３をウィービングさせた場合の、各々の先端部５２ａ、５２ｂの溶融金属（溶接プール）内における動作を示す。
例えば、溶接速度ｖが０．６ｍ／ｍｉｎである場合には、１秒あたりで進む溶接距離が１０ｍｍとなる。この間に各電極５２、５３がウィービングする回数は、次式｛０．６≦ｆ（Ｈｚ）／０．６（ｍ／ｍｉｎ）｝から０．３６Ｈｚ以上、即ち、往復で０．３６回分以上となる。図２に示す例においては、溶接線Ｗ方向で、第２の電極５２が１０ｍｍ進む間にウィービングを１往復完了しており、約１Ｈｚのウィービングであることがわかる。
【００３８】
ここで、図９に示す従来図のように、溶接速度ｖは図２に示す例と同じ０．６ｍ／ｍｉｎであるものの、ウィービングの周波数ｆ（Ｈｚ）が０．３Ｈｚと小さ過ぎる場合には、上記（３）式で表される関係を満足しなくなる。このため、図示例においては、電極２００の先端部がウィービングで１往復する間に、溶接は既に３０ｍｍも進行していることから、溶接線上において、各電極２００からのアーク供給範囲２５０が密とならずに点在する状態となる。このような場合には、アーク供給範囲２５０の各々の隙間２６０には、例えば、溶接金属の融合不良等の種々の溶接欠陥が発生するおそれがある。
【００３９】
「電極の先端部の振幅：ｗ１、ｗ２」
本発明において、第２の電極５２の先端部５２ａをウィービングさせる際の振幅ｗ１は、上記（１）式、即ち、次式｛（ｄ×１／Ｎ×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／Ｎ×ｔａｎθ）｝で規定される。つまり、第２の電極５２の先端部５２ａの振幅ｗ１は、開先２の深さｄ（ｍｍ）、複数の電極５の総数Ｎ、並びに、開先の角度θによって規定され、特に、開先２の深さｄ（ｍｍ）や角度θ（°）が大きい場合には、振幅ｗ１を大きな振れ寸法とする。一方、電極の総数Ｎが多い場合には、この数量の増大に伴って、振幅ｗ１を小さな振れ寸法とする。
【００４０】
ここで、複数の電極５の総数Ｎを４とした場合について、以下に詳述する。
図１に示すように、第１〜第４の電極５１〜５４の、４つの電極を用いて多電極サブマージアーク溶接を行う場合、まず、第１の電極５１は、ウィービングを行わない固定電極とする。
そして、第２の電極５２は、その先端部５２ａの振幅ｗ１を、次式｛（ｄ×１／４×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／４×ｔａｎθ）｝で表される範囲として、ウィービングを行う。この振幅ｗ１を上記範囲としたのは、開先２の底から開先深さｄの１／４程度の位置が第２の電極５２のアーク発生位置と考えられることから、この位置における開先２の幅の１／４〜１／２程度の寸法で振幅させることが、溶け込みが不足することなく溶接性が向上するためである。
【００４１】
そして、第３の電極５３は、その先端部５３ａの振幅ｗ２を、次式｛（ｄ×２／４×ｔａｎθ）／２≦ｗ２（ｍｍ）≦（ｄ×２／４×ｔａｎθ）｝で表される範囲として、ウィービングを行う。この振幅ｗ２を上記範囲としたのは、開先２の底から開先深さｄの１／２程度の位置が第３の電極５３のアーク発生位置と考えられることから、上記した第２の電極５２の場合と同様、この位置における開先２の幅の１／４〜１／２程度の寸法で振幅させることが、溶け込みが不足することなく溶接性が向上するためである。
【００４２】
本発明の多電極サブマージアーク溶接で鋼材を溶接することにより、溶接金属３１において高温割れが生じるのが抑制される効果が得られるメカニズムについて、以下に説明する。
【００４３】
本発明者等は、多電極サブマージアーク溶接で鋼材を溶接する際の、溶接金属における高温割れの発生を抑制するために鋭意検討を行った。この結果、図８に示すような、溶接部（図３の符号３を参照）の断面形状、即ち、溶け込み形状において、深さ方向の溶け込み線（フュージョンライン：ＦＬ）の中央部が凹む現象が生じるのを抑制することが重要と考えた。そして、図３に示すように、溶接金属の断面における最終凝固位置がビード表面となるように、溶接金属断面における深さ方向に対する幅が、深さ方向の下側から徐々に広がるような形状でフュージョンラインを形成させることで、高温割れを防止することが可能であると考えた。そして、中間電極、即ち、本実施形態における第２及び第３の電極５２、５３の先端部５２ａ、５３ａのアーク発生点を、中心固定ではなく、溶接進行方向に対する横幅方向に振幅させることで、フュージョンラインＦＬを凸形状にすることができると考えた。また、フュージョンラインＦＬを凸形状とするにあたり、中間電極に必要な振幅は、アーク発生点における開先幅と密接な関係があると考えた。
【００４４】
しかしながら、サブマージアーク溶接の場合、フラックスで溶接部を覆うため、全ての電極の溶接ワイヤがフラックスに覆われるので、アーク点の状況を肉眼では観察できないという問題がある。そこで、本発明者等は、溶接部の横側からＸ線透過観察を行うことにより、溶接ワイヤ先端の位置を観察したところ、各電極の溶接ワイヤの先端は、それぞれ開先内に位置することが確認できた。一方、Ｘ線透過観察は分解能が小さいことと、板幅が大きい場合にはＸ線の透過量が小さくなり過ぎて観察が困難となることから、実際に溶接に用いられる鋼材とは寸法が異なる、板幅２０ｍｍのサンプルを用いて実験を行ったため、溶接ワイヤの先端位置に違いが出ると考えられる。このため、本発明者等の実験においては、各電極のアーク発生点について以下のように推察し、さらに、必要なウィービングの振幅を予測して、その効果を検討した。
【００４５】
図５及び図６に示すように、本発明者等は、溶接進行方向で最も先行する第１の電極のアーク発生点を開先の底とし、第２の電極のアーク発生点を、開先深さを電極総数で除した値と考え、その位置における開先幅をウィービングの振幅の上限とし、また、開先幅の１／２程度を下限と考えた。即ち、ウィービングの振幅の上限は、アークの広がりが開先に半分程度の量で当たり、母材を直接溶融できる程度とした。上記分量を超えたアークの広がりが開先の半分程度を超えて母材に当たると、アークによる溶融部が穴を形成し、その穴が溶融金属の流動を阻害したり、内部で発生するスラグが浮上しきれずに、穴に溜まったりする可能性がある。また、ウィービングの振幅の下限は、上記振幅よりも小さいと、アーク熱によって母材が溶融する量が小さくなり過ぎ、フュージョンラインが凹む可能性があることから、上記下限とした。
【００４６】
また、第３の電極のアーク発生点は、開先の深さを電極の総数で除した値に２を掛けた位置と考え、ウィービング振幅の上下限は、上記した第２の電極と同様の考え方とした。
【００４７】
ここで、例えば、総数Ｎが４とされた複数の電極によるサブマージアーク溶接において、板厚が２２ｍｍ以下である場合には、ウィービングさせるのを第２の電極のみとし、第３の電極（及び、第１、第４の電極）は固定電極とすることが好ましい。これは、板厚が小さくなるにつれて、各電極のアーク発生点の深さの位置が近づいてくることに基づくものであり、第２の電極のみをウィービングさせた場合であっても、第２及び第３の電極の両方をウィービングさせた場合と同等の、母材への溶け込みが得られるためと考えられる。
【００４８】
また、複数の電極５の総数Ｎを３とした場合も、上述のように電極総数Ｎを４とした場合と同様であり、まず、溶接進行方向で最も先行する第１の電極はウィービングさせず、固定電極とする。
そして、第２の電極のウィービングの振幅ｗ１は、図７に示す模式図において、次式｛（ｄ×１／３×ｔａｎθ）／２≦ｗ１（ｍｍ）≦（ｄ×１／３×ｔａｎθ）｝で表される範囲とする。この場合も上記同様の考え方であり、第２の電極のアーク発生点を、開先の底から１／３の深さの位置としたうえで、その位置における開先幅をウィービングの振幅の上限とし、また、開先幅の１／２程度を下限としている。
また、複数の電極５の総数Ｎを３とした場合には、第３の電極はウィービングさせず、固定電極とする。
【００４９】
「溶接電流」
本発明において、多電極サブマージアーク溶接で鋼材（厚鋼板１）を溶接する際、複数の電極５に印加される溶接電流としては、特に限定されず、生産性等を考慮しながら適宜設定することができる。
【００５０】
また、本発明においては、第１の電極５１に印加する溶接電流をＩ１（Ａ）とし、第２の電極５２に印加する溶接電流をＩ２（Ａ）とし、第３の電極５３に印加する溶接電流をＩ３（Ａ）とした際、各溶接電流Ｉ１〜Ｉ３の関係が下記（４）〜（６）式を同時に満足し、さらに、複数の電極５の総数Ｎが４の場合に、第４の電極５４に印加する溶接電流をＩ４（Ａ）とした際、各溶接電流Ｉ１〜Ｉ４の関係が下記（４）〜（７）式を同時に満足することが好ましい。複数の電極５に印加する各溶接電流をこのような範囲とすることにより、溶接金属３１における欠陥が抑制されるとともに、優れた溶接性が得られる。
５００  ≦  Ｉ１  ≦２０００    ・・・・・・・・（４）
１／２×Ｉ１  ≦  Ｉ２  ≦  Ｉ１  ・・・・・・・・（５）
１／３×Ｉ１  ≦  Ｉ３  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（６）
１／４×Ｉ１  ≦  Ｉ４  ≦  ３／４×Ｉ１  ・・・・・（７）
但し、上記（４）〜（７）式において、Ｉ１：第１の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ２：第２の電極に印加する溶接電流（Ａ）、Ｉ３：第３の電極に印加する溶接電流(Ａ)、Ｉ４：第４の電極に印加する溶接電流（Ａ）である。
【００５１】
多電極サブマージアーク溶接を行う際に、各電極に印加する溶接電流が上記範囲を下回った場合、溶接効率が低下するので溶接速度ｖを遅く設定する必要が生じるため、生産性が低下するおそれがある。また、各電極に印加する溶接電流が上記範囲を超えた場合、溶接金属３１を形成させるのに十分な溶接電流の範囲を超えることから、製造コストが上昇するおそれがある。
【００５２】
「溶接電圧」
本発明において、多電極サブマージアーク溶接で鋼材（厚鋼板１）を溶接する際の溶接電圧としては、溶接電流と同様、特に限定されない。しかしながら、溶接電圧は、溶接アークの不安定が起きない実用範囲の電圧とすることが好ましく、その範囲は、概ね１５〜５０Ｖの範囲である。
【００５３】
「溶接ワイヤ」
本発明において、多電極サブマージアーク溶接を行う際に用いられる溶接材料（溶接ワイヤ５５）としては、特に限定されず、従来からサブマージアーク溶接に用いられている溶接ワイヤを何ら制限無く採用することができる。
また、溶接ワイヤ５５の直径についても何ら制限されないが、ワイヤの剛性や溶接電流、
溶接性等を考慮し、２．０〜６．４ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００５４】
「フラックス」
本発明の多電極サブマージアーク溶接方法において用いられるフラックスとしては、特に限定されず、従来からサブマージアーク溶接に用いられているものを何ら制限無く採用することができる。
【００５５】
本発明の多電極サブマージアーク溶接方法により、厚鋼板１を溶接する際の手順について、電極の総数Ｎを４とした場合の一例を以下に説明する。
まず、各電極５の各々に溶接ワイヤ５５及び図示略のフラックスを取り付けた後、母材（厚鋼板１）を各電極５の給電用コンタクトチップ（図示略）の下に配し、給電用コンタクトチップ、即ち先端部５１ａ〜５４ａと厚鋼板１との間隔を、例えば２０ｍｍ程度に調整する。
次いで、詳細な図示を省略するが、溶接装置の制御器により、溶接電流及び電圧、溶接速度ｖ等を上記した範囲で大まかに設定する。この際、各設定値はアークを発生していない場合でも制御器の表示手段に正確に表示されるが、多くの場合、溶接電流及び電圧は実際にアークを出射しないと正確な値が得られないため、追って微調整を行う。
【００５６】
次いで、インチングを行うことで、溶接ワイヤ５５を給電用コンタクトチップの先端部５１ａ〜５４ａから僅かに露出させ、各電極５１〜５５が開先２（図２に示す溶接線Ｗ）に沿うように、正確に位置決めを行う。
次いで、図示略の電極送り手段を溶接開始位置に移動した後、フラックスを導出してサブマージアーク溶接を開始する。ここで、最初に設定した溶接電流及び電圧に対し、制御器の電流計及び電圧計における実測値が合っているかどうかを確認し、実測値と設定値とがずれている場合には修正する。また、サブマージアーク溶接を行っている間、溶接部３はフラックスに隠れて見ることが不可能なので、リアルタイムでの溶接状況については、作業中の音等によって確認する。
【００５７】
次いで、溶接終点位置の少し手前で、図示略のフラックス供給ホッパを停止させ、終点までの残りの溶接は、図示略のフラックス供給管やノズル内に残留したフラックスで行った後、終点位置で溶接を停止する。その後、溶接部３周辺に残留するフラックスやスラグを除去し、多電極サブマージアーク溶接を完了する。
【００５８】
本発明の多電極サブマージアーク溶接方法は、特に、溶接進行方向において中間電極として配される第２の電極５２（並びに第３の電極５３）を適正条件でウィービングさせながら、上述のような手順で溶接することにより、溶接金属３１に高温割れが生じるのが抑制される。
なお、上記手順はあくまで一例であり、被溶接物の形状やサイズ等を勘案しながら、適宜、最適化することが好ましい。
【００５９】
以上説明したような、本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法によれば、上記構成の如く、複数の電極５の少なくとも一部を揺動させながらサブマージアーク溶接するにあたり、開先２の形状、複数の電極５の総数Ｎ、溶接速度ｖ、各電極の振幅ｗ１、ｗ２及び周波数ｆの各条件を上記関係に規定することにより、溶接部３（溶接金属３１）に高温割れの欠陥が生じるのを抑制でき、且つ、優れた溶接性で鋼材（厚鋼板１）間を溶接することができる。従って、例えば、船舶建造時の板継溶接や、建築物に用いられるブロック状鋼柱材、橋梁構造物等の他、鋼管等の製造工程において本発明を適用することにより、溶接品質や生産性の向上等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明に係る溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００６１】
［実施例１］
実施例１においては、まず、下記表１に示すような母材成分を有し、ＪＩＳ  Ｇ３１０５準拠とされるとともに、引張り強さ：５１９ＭＰａ、降伏強さ：３５３ＭＰａ、伸び：３２％程度とされた、板厚が４０ｍｍの厚鋼板を準備した。
【００６２】
【表１】
0005402824.tif 000002
【００６３】
次に、２枚の厚鋼板の各突合せ端に、開先深さｄを下記表３及び表４に示す寸法として、開先角度２θ：６０°（θ＝３０°）として、Ｖ開先形状を加工した。
【００６４】
次に、下記表２に示すような化学成分を有し、ＪＩＳ  Ｚ３１８３  Ｓ５０２−Ｈに準拠した溶接ワイヤを用いて、厚鋼板の開先をルートフェイスに沿って溶接した。この際、複数の電極の総数Ｎを４とした場合には、各電極に用いられる溶接ワイヤの径が、第１の電極：４．８ｍｍ、第２の電極：４．８ｍｍ、第３の電極：４．０ｍｍ、第４の電極：４．０ｍｍとされたものを使用した。また、複数の電極の総数Ｎを３とした場合には、第１の電極：４．８ｍｍ、第２の電極：４．０ｍｍ、第３の電極：４．０ｍｍとされたものを使用した。
【００６５】
また、複数の電極の総数Ｎを４とした場合には、各電極に印加する溶接電流、ウィービングの周波数及び振幅、溶接速度を下記表３に示す条件として多電極サブマージアーク溶接を行い、複数の電極の総数Ｎを３とした場合には、下記表４に示す条件で多電極サブマージアーク溶接を行った。
【００６６】
そして、溶接された厚鋼板を切り出して溶接部の断面を観察することにより、高温割れの有無及び発生率を確認した。この際、上記観察には放射線（Ｘ線）透過試験を使用し、高温割れの発生率については、放射線（Ｘ線）透過試験で得られたフィルムから、溶接長：１０００ｍｍにおいて発生した溶接金属中の割れの合計長さを割り出し、溶接長あたりの百分率（％）で評価した。
【００６７】
下記表２に溶接ワイヤの化学成分の一覧を示すとともに、下記表３及び表４に、各溶接条件及び高温割れの評価結果の一覧を示す。
【００６８】
【表２】
0005402824.tif 000003
【００６９】
【表３】
0005402824.tif 000004
【００７０】
【表４】
0005402824.tif 000005
【００７１】
表３及び表４に示すように、本発明で規定する条件で第２の電極（並びに、第３の電極）をウィービングさせながら多電極サブマージアーク溶接を行った本発明例（試験番号１〜３、５、８、２１〜２３）においては、何れも溶接金属中に高温割れが発生せず、溶接性が良好であることが明らかとなった。
【００７２】
これに対して、比較例（試験番号４、６、７、９〜１１、２４〜２６）においては、本発明で規定する条件による電極のウィービングを行わなかったため、何れの例においても高温割れの欠陥が生じていることが明らかとなった。
電極総数Ｎを４とした試験番号４、７の比較例においては、第２の電極がウィービングしない条件であったため、それぞれ、３〜８％の発生率で高温割れが生じた。また、試験番号６の比較例においては、開先深さｄが２５ｍｍと大きいのにも関わらず、第３電極がウィービングしない条件であったため、５％の発生率で高温割れが生じた。また、試験番号９〜１２の比較例においては、第２の電極及び第３の電極の何れもウィービングさせなかったため、それぞれ、１１〜３４％の大きな発生率で高温割れが生じた。
また、電極総数Ｎを３とした試験番号２４〜２６比較例においては、何れも第２の電極をウィービングさせなかったため、４６〜５６％と極めて大きな発生率で高温割れが生じた。
【００７３】
［実施例２］
実施例２においては、多電極サブマージアーク溶接における電極のウィービング周波数ｆと、融合不良欠陥発生率との関係について検討を行った。
本実施例では、まず、各厚鋼板の突合せ端に、開先深さｄ：２２ｍｍ、開先角度２θ：６０°のＶ開先形状を加工した。そして、複数の電極の総数Ｎを４とし、溶接速度を０．８ｍ／ｍｉｎ、各電極に印加する溶接電流を、第１電極：１３００Ａ、第２電極：１０００Ａ、第３電極：８００Ａ、第４電極：７００Ａ、各電極の振幅を、第２電極：２ｍｍ、第３電極：４ｍｍとし、第２及び第３の電極のウィービング周波数ｆ（Ｈｚ）を下記表５に示す条件とした点以外は、実施例１と同様の手順及び条件で多電極サブマージアーク溶接を行った。この際、溶接距離１０００ｍｍにおいて発生した融合不良欠陥の合計長さを割り出し、溶接長あたりの百分率（％）で融合不良欠陥発生率を評価し、ウィービングの周波数ｆと融合不良欠陥発生率との関係の予備実験とした。この際、融合不良欠陥についてはＸ線透過法によって観察した。
下記表５に、複数の電極の総数Ｎを４として多電極サブマージアーク溶接を行った際の、第２及び第３の電極のウィービングの周波数条件、並びに、融合不良欠陥発生率の一覧を示す。
【００７４】
【表５】
0005402824.tif 000006
【００７５】
表５に示すように、多電極サブマージアーク溶接における、第２及び第３の電極のウィービングの周波数の変化と融合不良欠陥発生率との関係は、例えば、周波数ｆが０．２０〜０．４０Ｈｚの場合に、融合不良欠陥が多く発生する傾向が見られる。
【００７６】
また、実施例２においては、各電極に印加する溶接電流、ウィービングの周波数及び振幅、溶接速度を下記表６に示す条件とした点以外は、上記実施例１と同様の手順及び条件で多電極サブマージアーク溶接を行い、同様の方法で高温割れ発生率について評価した。このような方法により、複数の電極の総数Ｎを４とし、電極がウィービングする周波数ｆを変化させた場合の該周波数ｆと高温割れ発生率との関係を調べ、結果を下記表６に示した。
【００７７】
【表６】
0005402824.tif 000007
【００７８】
表６に示すように、本発明で規定する条件の範囲内で多電極サブマージアーク溶接を行った試験番号３１〜３８、４１の本発明例は、何れも高温割れが生じなかった。
一方、試験番号３９の比較例では、開先深さが２５ｍｍであるのにも関わらず第３の電極のウィービングを行わない条件であり、また、試験番号４０では、第２の電極がウィービングしない条件であるため、高温割れ発生率が５〜８％となった。
【００７９】
またさらに、実施例２においては、複数の電極の総数Ｎを３として第１及び第３の電極を固定電極とし、溶接速度ｖを０．７８ｍ／ｍｉｎとするとともに、第２のウィービング周波数ｆ（Ｈｚ）を下記表７に示す条件とした点以外は、上記同様の条件及び手順でウィービングの周波数ｆと融合不良欠陥発生率との関係の予備実験を行った。
下記表７に、複数の電極の総数Ｎを３として多電極サブマージアーク溶接を行った際の、第２の電極のウィービングの周波数条件、並びに、融合不良欠陥発生率の一覧を示す。
【００８０】
【表７】
0005402824.tif 000008
【００８１】
表７に示すように、多電極サブマージアーク溶接における、第２の電極のウィービングの周波数の変化と融合不良欠陥発生率との関係は、例えば、周波数ｆが０．３０〜０．４０Ｈｚの場合に、融合不良欠陥が多く発生する傾向が見られる。
【００８２】
またさらに、複数の電極の総数Ｎを３とし、各電極に印加する溶接電流、ウィービングの周波数及び振幅、溶接速度を下記表８に示す条件とした点以外は、上記同様の手順及び条件で多電極サブマージアーク溶接を行い、同様の方法で高温割れ発生率について評価した。このような方法により、複数の電極の総数Ｎを３とし、第２の電極がウィービングする周波数ｆを変化させた場合の該周波数ｆと高温割れ発生率との関係を調べ、結果を下記表８に示した。
【００８３】
【表８】
0005402824.tif 000009
【００８４】
表８に示すように、本発明で規定する条件の範囲内で多電極サブマージアーク溶接を行った試験番号５１〜５６の本発明例は、何れも高温割れが生じなかった。
【００８５】
［実施例３］
実施例３においては、多電極サブマージアーク溶接における電極の振幅ｗ１、ｗ２と、高温割れ発生率との関係について検討を行った。
本実施例では、まず、各厚鋼板の突合せ端に、開先深さｄ：２２ｍｍ、開先角度２θ：６０°のＶ開先形状を加工した。そして、複数の電極の総数Ｎを４とし、溶接速度ｖについては０．８ｍ／ｍｉｎ、各電極に印加する溶接電流については、第１電極：１３００Ａ、第２電極：１０００Ａ、第３電極：８００Ａ、第３の電極の振幅ｗ２：４．０ｍｍ、第２及び第３の電極のウィービング周波数ｆ：０．４８（Ｈｚ）とし、第２の電極の振幅ｗ１を下記表９に示す条件とした点以外は、実施例１と同様の手順及び条件で多電極サブマージアーク溶接を行った。そして、上記同様、この際、溶接距離１０００ｍｍにおいて発生した高温割れの合計長さを割り出し、溶接長あたりの百分率（％）で高温割れ発生率を評価した。この際、高温割れについてはＸ線透過法によって観察し、第２の電極の振幅ｗ１と高温割れ発生率との関係の予備実験とした。
下記表９に、複数の電極の総数Ｎを４として多電極サブマージアーク溶接を行った際の、第２の電極の振幅条件、並びに、高温割れ発生率の一覧を示す。
【００８６】
【表９】
0005402824.tif 000010
【００８７】
表９に示すように、多電極サブマージアーク溶接における、第２の電極のウィービングの振幅ｗ１の変化と高温割れ発生率との関係は、例えば、振幅ｗ１が１．２ｍｍの場合に、高温割れが多く発生する傾向が見られる（高温割れ発生率：４％）。また、振幅ｗ１が３．６ｍｍ以上だと、スラグの巻き込み欠陥が発生することがわかる。
【００８８】
また、第２の電極の振幅ｗ１を２．０ｍｍとし、第３の電極の振幅ｗ２を下記表１０に示す範囲とした点を除き、上記同様の条件及び手順で多電極サブマージアーク溶接を行い、同様の評価を行うことで、第３の電極の振幅ｗ２と高温割れ発生率との関係の予備実験とした。
下記表１０に、複数の電極の総数Ｎを４として多電極サブマージアーク溶接を行った際の、第３の電極の振幅条件、並びに、高温割れ発生率の一覧を示す。
【００８９】
【表１０】
0005402824.tif 000011
【００９０】
表１０に示すように、多電極サブマージアーク溶接における、第３の電極のウィービングの振幅ｗ２の変化と高温割れ発生率との関係は、例えば、振幅ｗ２が２．０〜２．５ｍｍの場合に、高温割れが多く発生する傾向が見られる（高温割れ発生率：２〜７％）。また、振幅ｗ２が６．０ｍｍ以上だと、スラグの巻き込み欠陥が発生することがわかる。
【００９１】
また、本実施例では、開先深さｄを２５ｍｍ、第３の電極の振幅ｗ２を４．０ｍｍとし、第２の電極の振幅ｗ１を下記表１１に示す範囲とした点を除き、上記同様の条件及び手順で多電極サブマージアーク溶接を行い、同様の評価を行う予備実験を行った。
下記表１１に、複数の電極の総数Ｎを４として多電極サブマージアーク溶接を行った際の、第２の電極の振幅条件、並びに、高温割れ発生率の一覧を示す。
【００９２】
【表１１】
0005402824.tif 000012
【００９３】
表１１に示すように、多電極サブマージアーク溶接において、開先深さｄを２５ｍｍと深くした場合の、第２の電極のウィービングの振幅ｗ１の変化と高温割れ発生率との関係は、例えば、振幅ｗ１が１．２〜１．５ｍｍの場合に、高温割れが多く発生する傾向が見られる（高温割れ発生率：３〜５％）。また、振幅ｗ１が３．５ｍｍ以上だと、スラグの巻き込み欠陥が発生することがわかる。
【００９４】
また、開先深さｄを２５ｍｍ、第２の電極の振幅ｗ１を２．０ｍｍとし、第３の電極の振幅ｗ２を下記表１２に示す範囲とした点を除き、上記同様の条件及び手順で多電極サブマージアーク溶接を行い、同様の評価を行う予備実験を行った。
下記表１２に、複数の電極の総数Ｎを４として多電極サブマージアーク溶接を行った際の、第３の電極の振幅条件、並びに、高温割れ発生率の一覧を示す。
【００９５】
【表１２】
0005402824.tif 000013
【００９６】
表１２に示すように、多電極サブマージアーク溶接において、開先深さｄを２５ｍｍと深くした場合の、第３の電極のウィービングの振幅ｗ２の変化と高温割れ発生率との関係は、例えば、振幅ｗ２が２．４〜３．２ｍｍの場合に、高温割れが多く発生する傾向が見られる（高温割れ発生率：５〜７％程度）。また、振幅ｗ２が３．５ｍｍ以上だと、スラグの巻き込み欠陥が発生することがわかる。
【００９７】
またさらに、本実施例においては、複数の電極の総数Ｎを４とし、各電極に印加する溶接電流、ウィービングの周波数及び振幅、溶接速度を下記表１３に示す条件とした点以外は、上記同様の手順及び条件で多電極サブマージアーク溶接を行い、同様の方法で高温割れ発生率について評価した。このような方法により、第２及び第３の電極の振幅ｗ１、ｗ２と高温割れ発生率との関係を調べ、結果を下記表１３に示した。
【００９８】
【表１３】
0005402824.tif 000014
【００９９】
表１３に示すように、本発明で規定する条件の範囲内で多電極サブマージアーク溶接を行った試験番号６１〜７０の本発明例は、何れも高温割れが生じなかった。
【０１００】
またさらに、実施例３においては、複数の電極の総数Ｎを３として多電極サブマージアーク溶接を行った場合の、第２の電極の振幅ｗ１と高温割れ発生率との関係についても調査した。この際、まず、開先深さｄを２２ｍｍとし、第２の電極の振幅ｗ１を下記表１４に示す条件とした点を除き、上記同様の条件及び手順で多電極サブマージアーク溶接を行うとともに、開先深さｄを２５ｍｍとし、第２の電極の振幅ｗ１を下記表１５に示す条件として多電極サブマージアーク溶接を行う予備実験を行った。
開先深さｄを２２ｍｍとした予備実験における、第２の電極の振幅ｗ１と高温割れ発生率の一覧を下記表１４に示すとともに、開先深さｄを２５ｍｍとした予備実験における、第２の電極の振幅ｗ１と高温割れ発生率の一覧を下記表１５に示す。
【０１０１】
【表１４】
0005402824.tif 000015
【０１０２】
【表１５】
0005402824.tif 000016
【０１０３】
表１４に示すように、多電極サブマージアーク溶接において、開先深さｄを２２ｍｍとした場合の、第２の電極のウィービングの振幅ｗ１の変化と高温割れ発生率との関係は、例えば、振幅ｗ１が１．６ｍｍの場合に、高温割れが多く発生する傾向が見られる（高温割れ発生率：４％）。また、振幅ｗ１が５．５ｍｍ以上だと、スラグの巻き込み欠陥が発生することがわかる。
【０１０４】
また、表１５に示すように、多電極サブマージアーク溶接において、開先深さｄを２５ｍｍと深くした場合の、第２の電極のウィービングの振幅ｗ１の変化と高温割れ発生率との関係は、例えば、振幅ｗ１が１．０〜１．４ｍｍの場合に、高温割れが多く発生する傾向が見られる（高温割れ発生率：２〜１２％）。また、振幅ｗ１が６．０ｍｍ以上だと、スラグの巻き込み欠陥が発生することがわかる。
【０１０５】
またさらに、本実施例においては、複数の電極の総数Ｎを３として第１及び第３の電極を固定電極とし、各電極に印加する溶接電流、ウィービングの周波数及び振幅、溶接速度を下記表１６に示す条件とした点以外は、上記同様の手順及び条件で多電極サブマージアーク溶接を行い、同様の方法で高温割れ発生率について評価した。このような方法により、第２の電極の振幅ｗ１と高温割れ発生率との関係を調べ、結果を下記表１６に示した。
【０１０６】
【表１６】
0005402824.tif 000017
【０１０７】
表１６に示すように、本発明で規定する条件の範囲内で多電極サブマージアーク溶接を行った試験番号８１〜８６の本発明例は、何れも高温割れが生じなかった。
【０１０８】
［実施例４］
実施例４においては、多電極サブマージアーク溶接における複数の電極の中心間距離と、アンダーカットの発生率及びスラグインの発生個数との関係について検討を行った。
本実施例では、多電極サブマージアーク溶接における複数の電極の中心間距離を下記表１７〜表２０に示した条件（本発明の請求項２及び請求項５で規定する条件）とした点を除き、上記各実施例と同様の手順及び条件で多電極サブマージアーク溶接を行った。ここで、下記表１７に示す試験番号９１〜９８は、表３に示す試験番号５と同様の開先及び溶接条件とし、また、下記表１８に示す試験番号１０１〜１０８は、表３に示す試験番号８、下記表１９に示す試験番号１１１〜１１８は、表４に示す試験番号２８、下記表２０に示す試験番号１２１〜１２８は、表４に示す試験番号２９と同様の開先及び溶接条件とした。
【０１０９】
ここで、本実施例で説明するアンダーカットとは、ビードの表面において、ビード止端部（ビードの脇）に発生する切り欠きであり、浅いもので１ｍｍ以下、深いもので数ｍｍ程度となる欠陥である。
また、スラグインとは、溶接金属内やフュージョンラインに溶接で発生したスラグが巻き込まれ、溶融せずに残存した状態の欠陥を言う。
【０１１０】
上述のようなアンダーカットの評価は、ビードの表面を目視検査することで行った。
また、スラグインの評価は、常法のＸ線透過試験及び超音波探傷試験により、溶接金属等の内部を観察することによって行った。この際、丸いスラグインは、超音波探傷試験では、試験用の２０ｍｍ角程度のプローブから発した超音波が、欠陥で反射して戻ってくるのを、同じプローブもしくは他方の検出専用プローブで検出する方法のため、欠陥が丸いと戻ってくる超音波が少なくなり、検出し難いことから、主としてＸ線透過試験によって行った。
下記表１７〜２０に、多電極サブマージアーク溶接における複数の電極の中心間距離の条件、及び、アンダーカットの発生率並びにスラグインの発生個数の一覧を示す。
【０１１１】
【表１７】
0005402824.tif 000018
【０１１２】
【表１８】
0005402824.tif 000019
【０１１３】
【表１９】
0005402824.tif 000020
【０１１４】
【表２０】
0005402824.tif 000021
【０１１５】
表１７〜表２０に示すように、複数の電極の中心間距離を、本発明の請求項２及び請求項５で規定した範囲として多電極サブマージアーク溶接を行った本発明例では、アンダーカットの発生が抑制され、また、スラグインの発生個数が少ないことがわかる。
【０１１６】
［実施例５］
実施例５においては、多電極サブマージアーク溶接において複数の電極に印加する溶接電流と、アンダーカットの発生率及びスラグインの発生個数との関係について検討を行った。
本実施例では、多電極サブマージアーク溶接に用いる溶接ワイヤの径を下記表２１及び表２３に示す条件とするとともに、複数の電極に印加する各溶接電流を下記表２２及び表２４に示す条件（本発明の請求項３及び請求項６で規定する関係）とし、さらに、その他の溶接条件を下記表２２及び表２４に示す条件とした点を除き、上記各実施例と同様の手順及び条件で多電極サブマージアーク溶接を行った。ここで、下記表２１及び表２２は、複数の電極の総数Ｎを４とした場合の例であり、また、下記表２３及び表２４は、複数の電極の総数Ｎを３とした場合の例である。
【０１１７】
【表２１】
0005402824.tif 000022
【０１１８】
【表２２】
0005402824.tif 000023
【０１１９】
【表２３】
0005402824.tif 000024
【０１２０】
【表２４】
0005402824.tif 000025
【０１２１】
表２２及び表２４に示すように、複数の電極に印加する各溶接電流の条件を、本発明の請求項３及び請求項６で規定した関係として多電極サブマージアーク溶接を行った本発明例では、アンダーカットの発生が抑制され、また、スラグインの発生個数が少ないことがわかる。
【０１２２】
以上説明した実施例の結果より、本発明の溶接性に優れた多電極サブマージアーク溶接方法を用いることにより、厚鋼板等の鋼材を片側溶接する際、溶接金属に高温割れの欠陥が生じるのを抑制でき、且つ、優れた溶接性が得られるので、良好な生産性を確保しつつ、信頼性の高い溶接部を形成させながら、鋼材を溶接できることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明によれば、厚鋼板等の鋼材を片側溶接する際、溶接金属に高温割れの欠陥が生じるのを抑制でき、且つ、優れた溶接性で鋼材間を溶接することができる。従って、例えば、船舶建造時の板継溶接や、建築物に用いられるブロック状鋼柱材、橋梁構造物等の他、鋼管等の製造工程において本発明を適用することにより、溶接品質や生産性の向上等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【符号の説明】
【０１２４】
１…厚鋼板（鋼材）、１ａ…突合せ端、２…開先、３…溶接部、３１…溶接金属、５…複数の電極（電極）、５１…第１の電極（複数の電極）、５２…第２の電極（複数の電極）、５３…第３の電極（複数の電極）、５２ａ…先端部（第２の電極）、５３ａ…先端部（第３の電極）、２θ…開先の角度（θ°×２）、ｄ…開先の深さ、Ｎ…複数の電極の総数、ｗ１…第２の電極の先端部の振幅、ｗ２…第３の電極の先端部の振幅、Ｗ…溶接線、ｆ…周波数
【図１】
0005402824.tif 000026
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005402824.tif 000032
【図８】
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【図９】
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